Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Структура и устойчивость алмазоподобного тетрагонального слоя: первопринципные расчеты

В.А. Грешняков, Е.А. Беленков

ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.405

Оригинальная статья

Аннотация: Методом теории функционала плотности было выполнено теоретическое исследование нового слоевого полиморфа алмаза DL4-8, состоящего из двух полимеризованных тетрагональных графеновых слоев L4-8. Установлено, что новый алмазоподобный слой имеет двумерную тетрагональную решетку с параметром a = b = 0,3822 нм и толщиной 0,1599 нм. Рассчитанные поверхностная плотность и ширина запрещенной зоны этого слоя равны 0,109 мкг/см2 и 2,63 эВ, соответственно. Новый слой DL4-8 должен быть устойчивым, как минимум, до 220 К. Также установлено, что слой DL4-8 может быть получен при сильном одноосном сжатии двух графеновых слоев L4-8 при давлении 29,6 ГПа.

Ключевые слова: графен, алмазоподобный слой, первопринципные расчеты, кристаллическая структура, фазовые переходы

  • Грешняков Владимир Андреевич – к.ф.-м.н., доцент кафедры физики конденсированного состояния, физический факультет ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет»
  • Беленков Евгений Анатольевич – д.ф.-м.н., профессор кафедры физики конденсированного состояния, физический факультет ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет»

Ссылка на статью:

Грешняков, В.А. Структура и устойчивость алмазоподобного тетрагонального слоя: первопринципные расчеты / В.А. Грешняков, Е.А. Беленков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — Тверь: Твер. гос. ун-т, 2020. — Вып. 12. — С. 405-414. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.405.

Полный текст: download PDF file

Библиографический список:

1. Беленков, Е.А. Классификация структурных разновидностей углерода / Е.А. Беленков, В.А. Грешняков // Физика твердого тела. – 2013. – Т. 55. – Вып. 8. – С. 1640-1650.
2. Лисовенко, Д.С. Равновесные структуры из углеродных алмазоподобных кластеров и их упругие свойства / Д.С. Лисовенко, Ю.А. Баимова, Л.Х. Рысаева, В.А. Городцов, С.В. Дмитриев // Физика твердого тела. – 2017. – Т. 59. – Вып. 4. – С. 801-809. DOI: 10.21883/FTT.2017.04.44286.100.
3. Грешняков, В.А. Фазовые превращения полиморфов алмаза LA3 и LA5 / В.А. Грешняков, Е.А. Беленков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 458-465. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.458.
4. Kang, S. Mechanical properties, lattice thermal conductivity, infrared and Raman spectrum of the fullerite C24 / S. Kang, Z. Xiang, H. Mu, Y. Cai // Physics Letters A. – 2019. – V. 384. – I. 1. – Art. № 126035. – 5 p. DOI: 10.1016/j.physleta.2019.126035.
5. Бабичева, Р.И. Механические свойства двумерных sp2–углеродных наноматериалов / Р.И. Бабичева, С.В. Дмитриев, Е.А. Корзникова, К. Жоу // Журнал экспериментальной и теоретической физики. – 2019. – Т. 156. – Вып. 1 (7). – С. 79-86. DOI: 10.1134/S0044451019070083.
6. Rysaeva, L.Kh. Elastic properties of diamond-like phases based on carbon nanotubes / L.Kh. Rysaeva, J.A. Baimova, S.V. Dmitriev, D.S. Lisovenko, V.A. Gorodtsov, A.I. Rudskoy // Diamond & Related Materials. – 2019. – V. 97. – Art. № 107411. – 12 p. DOI: 10.1016/j.diamond.2019.04.034.
7. Pierson, H.O. Handbook of carbon, graphite, diamond, and fullerenes: Properties, processing and applications / H.O. Pierson. – Park Ridge, New Jersey: Noyes Publications, 1994. – 419 p.
8. Carbon nanotubes: Synthesis, structure, properties, and applications / ed. by M.S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, Ph. Avouris // In series: Topics in Applied Physics. – V. 80. – Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2001. – XV, 448 p. DOI: 10.1007/3-540- 39947-X.
9. Novoselov, K.S. Electric field effect in atomically thin carbon films / K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, et al. // Science. – 2004. – V. 306. – I. 5696. – P. 666-669. DOI: 10.1126/science.1102896.
10. Li, G. Architecture of graphdiyne nanoscale films / G. Li, Y. Li, H. Liu, et al. // Chemical Communications. – 2010. – V. 46. – I. 19. – P. 3256-3258. DOI: 10.1039/B922733D.
11. Zhang, S. Penta-graphene: A new carbon allotrope / S. Zhang, J. Zhou, Q. Wang, et al. // Proceedings of the National Academy of Sciences. – 2015. – V. 112. – I. 8. – P. 2372-2377. DOI: 10.1073/pnas.1416591112.
12. Gao, Y. Ultrahard carbon film from epitaxial two-layer graphene / Y. Gao, T. Cao, F. Cellini, et al. // Nature Nanotechnology. – 2018. – V. 13. – I. 2. – P. 133-138. DOI: 10.1038/s41565-017-0023-9.
13. Giannozzi, P. QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials / P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2009. – V. 21. – №. 39. – P. 395502-1-395502-19. DOI: 10.1088/0953- 8984/21/39/395502.
14. Perdew, J.P. Generalized gradient approximation made simple / J.P. Perdew, K. Burke., M. Ernzerhof // Physical Review Letters. – 1996. – V. 77. – I. 18. – P. 3865-3868. DOI: 10.1103/physrevlett.77.3865.
15. Troullier, N. Efficient pseudopotentials for plane-wave calculations / N. Troullier, J.L. Martins // Physical Review B. – 1991. – V. 43. – I. 3. –P. 1993-2006. DOI: 10.1103/physrevb.43.1993.
16. Грешняков, В.А. Моделирование фазового перехода графита в алмазоподобную фазу LA3 / В.А. Грешняков, Е.А. Беленков // Журнал технической физики. – 2016. – Т. 86. – Вып. 10. – С. 20-24.
17. Greshnyakov, V.A. Theoretical investigation of phase transitions of graphite and cubic 3C diamond into hexagonal 2H diamond under high pressures / V.A. Greshnyakov, E.A. Belenkov, M.M. Brzhezinskaya // Physica Status Solidi B. – 2019. – V. 256. – I. 7. – P. 1800575-1-1800575-8. DOI: 10.1002/pssb.201800575.
18. Беленков, Е.А. Структура, свойства и возможные механизмы формирования алмазоподобных фаз / Е.А. Беленков, В.А. Грешняков // Физика твердого тела. – 2016. – Т. 58. – Вып. 10. – С. 2069-2078.
19. Belenkov, E.A. Structures and properties of diamond-like phases derived from carbon nanotubes and three-dimensional graphites / E.A. Belenkov, V.A. Greshnyakov // Journal of Materials Science. – 2015. – V. 50. – I. 23. – P. 7627-7635. DOI: 10.1007/s10853-015- 9325-1.
20. Грешняков, В.А. Расчет физико-химических характеристик новой ромбической структурной разновидности алмаза / В.А. Грешняков, Е.А. Беленков // Неорганические материалы. – 2018. – Т. 54. – Вып. 2. – С. 124-129. DOI: 10.7868/S0002337X18020021.
21. Maslov, M.M. Carbon vs silicon polyprismanes: a comparative study of metallic sp3–hybridized allotropes / M.M. Maslov, K.S. Grishakov, M.A. Gimaldinova, K.P. Katin // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. – 2019. – V. 28. – I. 2. – P. 97-103. DOI: 10.1080/1536383X.2019.1680974.